論文の概要: Broad-band spectroscopy of a vanadyl porphyrin: a model electronuclear spin qudit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.11650v1
• Date: Wed, 27 Jan 2021 19:12:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-13 19:50:52.495495
• Title: Broad-band spectroscopy of a vanadyl porphyrin: a model electronuclear spin qudit
• Title（参考訳）: バナジルポルフィリンの広帯域分光--モデル電子核スピンqudit
• Authors: I. Gimeno, A. Urtizberea, J. Rom\'an-Roche, D. Zueco, A. Cam\'on, P. J. Alonso, O. Roubeau and F. Luis
• Abstract要約: それぞれの分子が、普遍的な4量子ビットプロセッサとして振る舞う条件を満たすこと、あるいは同等に、d = 16quditとして振る舞うことを示します。 これらの発見は、非自明な量子機能を実装することができる化学的に設計されたシステムのカタログを広げた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We explore how to encode more than a qubit in vanadyl porphyrin molecules hosting a electronic spin 1/2 coupled to a nuclear spin 7/2. The spin Hamiltonian and its parameters, as well as the spin dynamics, have been determined via a combination of electron paramagnetic resonance, heat capacity, magnetization and on-chip magnetic spectroscopy experiments performed on single crystals. We find low temperature spin coherence times of micro-seconds and spin relaxation times longer than a second. For sufficiently strong magnetic fields (B larger than 0.1 T, corresponding to resonance frequencies of 9 to 10 GHz) these properties make vanadyl porphyrin molecules suitable qubit realizations. The presence of multiple equispaced nuclear spin levels then merely provides 8 alternatives to define the 0 and 1 basis states. For lower magnetic fields (below 0.1 T), and lower frequencies (smaller than 2 GHz), we find spectroscopic signatures of a sizeable electronuclear entanglement. This effect generates a larger set of allowed transitions between different electronuclear spin states and removes their degeneracies. Under these conditions, we show that each molecule fulfills the conditions to act as a universal 4-qubit processor or, equivalently, as a d = 16 qudit. These findings widen the catalogue of chemically designed systems able to implement non-trivial quantum functionalities, such as quantum simulations and, especially, quantum error correction at the molecular level.
• Abstract（参考訳）: 電子スピン1/2を核スピン7/2に結合させたバナジルポルフィリン分子の量子ビット以上を符号化する方法を探る。 スピンハミルトニアンとそのパラメータ、およびスピンダイナミクスは、単結晶上で行われた電子常磁性共鳴、熱容量、磁化およびオンチップ磁気分光実験の組合せによって決定されている。 マイクロ秒の低温スピンコヒーレンス時間とスピン緩和時間が1秒より長いことがわかった。 十分な強磁場(0.1T以上、共鳴周波数9〜10GHz)に対して、これらの性質はバナジルポルフィリン分子を適切な量子ビット化を実現する。 すると、複数の同空間核スピン準位の存在は、0 と 1 基底状態を定義するための8つの代替を与える。 低磁場(0.1T以下)と低周波(2GHz以下)では、大きさの大きい電気核エンタングルメントの分光的シグネチャが見つかる。 この効果は、異なる電子核スピン状態間の許容される遷移のより大きな集合を生成し、それらの退化を除去する。 これらの条件下では、各分子が普遍的な4量子ビットプロセッサとして振る舞うか、またはd = 16 quditとして振る舞う条件を満たすことを示す。 これらの発見は、量子シミュレーションや特に分子レベルでの量子エラー補正のような非自明な量子機能を実装することができる化学設計システムのカタログを広げた。

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